出手即N/S，劉錦川、呂堅、呂昭平、胡良兵、Ritchie在高熵、中熵合金，鎂、鋁合金領域N/S回顧

鋁合金是以鋁為基添加一定量其他合金化元素的合金，是輕金屬材料之一。鋁合金具有密度低、力學性能佳、加工性能好、無毒、易回收、導電性、傳熱性及抗腐蝕性能優良等特點，在船用行業、化工行業、航空航天、金屬包裝、交通運輸等領域廣泛使用。鎂合金是以鎂為基礎加入其他元素組成的合金。密度小，強度高，彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機物和堿的腐蝕性能好。鎂合金廣泛用于攜帶式的器械和汽車行業中，達到輕量化的目的。傳統的金屬合金，當其中含量少的原子在低于它們的溶解度限制時傾向于隨機分布，當高于溶解度限制時會形成第二相。多元元素合金的概念最近擴展了這一觀點，因為這些材料是金屬元素等原子混合的單相固溶體。這類材料因其突出的力學性能而受到廣泛關注。三元體系通常稱為中熵合金，四元或五元體系稱為高熵合金，暗示了它們的高構型熵。作為一種新興的結構材料，中、高熵合金在結構應用中具有良好的綜合力學性能。下面，一起梳理回顧劉錦川、呂堅、呂昭平、胡良兵、Ritchie等大牛在高熵、中熵合金，鎂、鋁合金等領域的科研進展。

1、Science：多組分金屬間納米粒子和復雜合金的優良力學行為

香港城市大學劉錦川院士團隊在基于單主元合金系統的合金設計無法突破這一棘手的難題下（進一步優化合金化學和微觀結構的能力有限），團隊最近提出的多元素合金系統的冶金設計為緩解這些問題提供了一條有希望的途徑。在這項研究中，團隊開發了一種創新的設計策略，以消除千兆帕斯卡強度合金的延性損失。設計理念是在可控制地制造用于fcc型HEA系統中的相干強化的延性多組分金屬間納米粒子（MCINPs），通過控制有序-無序相變和元素分配，實現了MCINPs的納米級沉淀的原位延展化。這種概念設計不僅能夠充分發揮金屬間納米粒子的強化作用，而且能夠保持較高的加工硬化率和塑性變形穩定性。因此，MCINP強化合金（MCINPS）具有出色的強度-延展性組合，而不會遇到早期局部縮頸和有限均勻延展性的常見問題。這種MCINP強化合金在環境溫度下具有1.5千兆帕的優異強度和高達50％的延展性。

文獻鏈接：

http://science.sciencemag.org/content/362/6417/933

2、Nature:雙相納米結構鑄就史上最強鎂合金

香港城市大學呂堅院士團隊研制了雙相納米晶結構的鎂合金材料，通過磁控濺射法將直徑約6 nm的MgCu₂晶粒均勻地嵌入約2 nm厚的富含鎂的無定形殼中，生產獲得具有非晶/納米晶雙相結構的鎂基超納尺寸雙相玻璃晶（SNDP-GC）。該雙相材料結合并加強了納米晶材料與非晶納米材料的優勢，在室溫下表現出接近理想強度，并且解決了樣品尺寸效應問題。研究團隊所制成的鎂合金體系是由埋在無定型玻璃殼中的納米晶核組成，所得雙相材料的強度是近乎理想的3.3 GPa，這也是迄今為止強度最大的鎂合金薄膜。同時，研究者提出了一種由本構模型組成的強度增強機制，在材料制備過程中形成了一個由直徑約6 nm且幾乎無位錯的晶粒組成的結晶相，當應變發生時該結晶相阻止了局部剪切帶的移動傳播，在任何已出現的剪切帶內，嵌入的晶粒分裂和旋轉，也有利于材料強化和抵抗剪切帶的軟化效果。

文獻鏈接：

https://www.nature.com/articles/nature21691

3、Nature: 3D打印實現高強鋁合金

美國加州大學John H. Martin教授團隊報道了在增材制造過程中引入控制固化的納米顆粒成核劑解決了熔融和凝固動力導致具有大柱狀晶粒和周期性裂紋的不可耐受的微觀結構。在使用成核劑后，與增材制造不相容的高強度鋁合金可以使用選區激光熔化成功加工，無裂紋，等軸，實現了細晶粒微觀結構，達到與鍛造材料相當的材料強度。該增材制造方法適用于各種合金，可以使用一系列3D打印機器來實現，為廣泛的工業應用提供了基礎。

文獻鏈接：

https://www.nature.com/articles/nature23894

4、Science: 室溫循環塑性對鋁合金的析出強化作用

澳大利亞莫納什大學Christopher Hutchinson教授團隊報道了通過使用一種全新的強化手段，即循環強化（CS)。研究人員通過發現受控的室溫循環變形足以連續向材料中注入空位，并且介導超細溶質團簇的動態析出從而達到強化的目的。與傳統的熱處理相比，不僅加工時間短得多，而且這種處理方式可以獲得高強度、高塑性的鋁合金材料。使用這種方法獲得的微觀結構也比傳統熱處理的更加均勻，并且沒有表現出無沉淀區。因此，使用該方法得到鋁合金可能具有更強的抗損壞的能力。

文獻鏈接：

http://science.sciencemag.org/content/363/6430/972

5、Nature: 通過有序的氧絡合物提高高熵合金的強度和延展性

北京科技大學的呂昭平教授團隊報道了在合金中發現了一種新型的氧存在形式。該團隊以TiZrHfNb高熵合金（HEAs）作為模型材料，對其進行有限的氧摻雜，發現氧形成了一種新型的有序氧復合物。該復合物的狀態介于氧化物顆粒和常規隨機間質之間。常規間質只對增強合金強度有所貢獻，然而這一新型復合物不僅可以顯著提高強度，還能同時保證材料的延展性。進一步力學測試顯示，相較于未摻雜氧的合金，存在新型有序氧復合物的TiZrHfNb高熵合金的拉伸強度提高了48.5%左右，同時延展性也大幅增強了95.2%。這一結果打破了金屬材料的強度和延展性性能不可同時得到提高的定律，為高強度-高延展性金屬材料的設計提供了新的思路。

文獻鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y

6、Science: 合成八種元素的高熵合金

美國馬里蘭大學的胡良兵教授團隊聯合伊利諾伊大學芝加哥分校、約翰霍普金斯大學、麻省理工大學的研究人員通過熱沖擊負載在碳載體上的前體金屬鹽混合物，提出了通過將八種不同元素合金化成單相固溶體納米顆粒（通常稱為高熵合金納米顆粒（HEA-NP）。研究人員通過控制碳熱激發（CTS）參數（底物，溫度，沖擊持續時間和加熱/冷卻速率）來合成具有期望的化學（組成），尺寸和相（固溶體，相分離）的寬范圍的多組分納米顆粒。

文獻鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/359/6383/1489.full

7、Nature: 通過成分來調整高熵合金中的元素分布，結構和性能

加州伯克利分校Robert Ritchie教授團隊、浙江大學的余倩教授和美國佐治亞理工學院的Ting Zhu等人通過利用原子分辨率化學映射揭示了幾類典型和新型高熵合金的元素分布情況。研究人員首先研究了面心立方結構CrMnFeCoNi Cantor合金，在這種合金中，五種構成元素的分布式相對隨機統一的。與此相反，在新型CrFeCoNiPd合金中，鈀原子擁有截然不同的原子尺寸和電負性，使得合金的均一性明顯減弱，并且五種元素更加趨向于聚集。原位TEM分析顯示，在應變實驗過程中，合金出現了大量相對早期塑性形變的位錯交叉滑移，導致出現了非常強大的位錯相互作用。由于組分分布的明顯波動，這類變形機制在新型CrFeCoNiPd合金中尤為增強，并直接致使該種合金獲得了更高的屈服強度。研究認為，圖譜繪制原子尺度元素分布的方法為深入理解材料化學結構提供了新的可能，并為通過調控材料組分從而獲得優異力學性能提供了基礎。

文獻鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1617-1

8、Nature:?短程有序結構及其對CrCoNi中熵合金的影響

美國加州大學伯克利分校Andrew M. Minor教授團隊利用能量過濾透射電子顯微學手段成功地觀測了CrCoNi中熵合金中的短程有序結構，并發現隨著短程有序結構的增加，堆垛層錯能和材料硬度也在不斷增加。這些發現表明，熱機械加工可以改變納米尺度的局部有序狀態，這項研究為調控中熵/高熵合金的機械性能提供了新的思路。

文獻鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2275-z

本文由eric供稿。

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